(57)【要約】【課題】  高速応答特性に優れ、光検出を適切に行うことが可能な半導体受光素子を提供すること。【解決手段】  半導体受光素子ＰＤ１は、受光部１１、第１パッド電極配置部２１及び第２パッド電極配置部３１を有する。受光部１１の頂部には、窪み部１３が、高濃度キャリア層３ａに達し、受光領域９を囲むように溝状に形成されている。窪み部１３の底部には、コンタクト電極１７が配置されている。第２パッド電極配置部３１の頂部には、パッシベーション膜１９の上に第２パッド電極３３が配置される。第２配線電極４５は、その一端がパッシベーション膜１９に形成されたコンタクトホール１９ａを通してコンタクト電極１７に接続され、その他端が第２パッド電極３３に接続される。これにより、高濃度キャリア層３ａは、コンタクト電極１７及び第２配線電極４５を通して第２パッド電極３３に電気的に接続される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半絶縁性基板上に、当該半絶縁性基板側から第１導電型の高濃度キャリア層、第１導電型の光吸収層及び第１導電型のキャップ層を積層し、少なくとも前記キャップ層に第２導電型の受光領域が形成された半導体受光素子であって、
前記高濃度キャリア層、前記光吸収層及び前記受光領域が形成された前記キャップ層部分を含んでメサ状とされ、前記高濃度キャリア層に達する窪み部が形成された受光部と、
前記高濃度キャリア層、前記光吸収層及び前記キャップ層を含んでメサ状とされ、第１パッド電極が配置された第１パッド電極配置部と、
前記高濃度キャリア層、前記光吸収層及び前記キャップ層を含んでメサ状とされ、第２パッド電極が配置された第２パッド電極配置部と、を有し、
前記受光領域と前記第１パッド電極とを電気的に接続する第１配線電極が、前記受光部と前記第１パッド電極配置部との間にわたって当該受光部及び当該第１パッド電極配置部の側面に沿うように形成され、
前記受光部の前記高濃度キャリア層と前記第２パッド電極とを電気的に接続する第２配線電極が、前記受光部の前記窪み部と前記第２パッド電極配置部との間にわたって当該窪み部、当該受光部及び当該第２パッド電極配置部の側面に沿うように形成されていることを特徴とする半導体受光素子。
【請求項２】
前記窪み部は、前記受光領域を囲むように溝状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体受光素子。
【請求項３】
前記第１パッド電極及び前記第２パッド電極に、バンプ電極が配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体受光素子。
【請求項４】
前記キャップ層側が光入射面とされ、前記受光領域を覆うように反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体受光素子。
【請求項５】
前記半絶縁性基板側が光入射面とされ、前記受光領域を覆うように光反射膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体受光素子。
【請求項６】
少なくとも前記受光部及び前記第１パッド電極配置部が複数並設されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体受光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体受光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体受光素子、特に高速動作が要求される半導体受光素子では、素子容量を低減することが重要となる。例えば、中長距離光通信用の半導体受光素子では、数ＧＨｚから１０ＧＨｚ、更には４０ＧＨｚ以上の高速動作が要求されている。このため、寄生容量を低減するための素子構造として、半絶縁性基板上に積層された半導体層によりメサ状の受光部とパッド電極形成部をそれぞれ形成して、受光部の表面上に受光領域と一方の電極を形成し、パッド電極形成部の表面上に他方の電極を形成し、受光部と他方の電極とを配線で電気的に接続するものが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。上記半導体層は、半絶縁性基板側からｎ型の高濃度キャリア層（バッファ層）、ｎ型の光吸収層及びｎ型のキャップ層が積層されることにより構成され、少なくともキャップ層にｐ型の受光領域が形成されている。
【特許文献１】特開平５−８２８２７号公報
【特許文献２】特開平５−８２８２９号公報
【特許文献３】特開２００１−２９８２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した特許文献１〜３に記載された半導体受光素子においては、受光部に形成された一方の電極はキャップ層に接続されているので、キャップ層から高濃度キャリア層までの間に電気抵抗成分が存在することとなり、直列抵抗が大きくなってしまう。この直列抵抗の増加は、応答特性の高速化を阻害する要因となる。
【０００４】
ところで、上述した構成の半導体受光素子を外部基板に実装する場合、応答特性の高速化の要請から、配線抵抗が大きいワイヤボンディングではなく、バンプボンディングを採用することになる。この場合、受光部に形成された一方の電極にバンプ電極を配置することになるが、電極が受光領域に近い位置にあると、光の入射角度によっては受光領域がバンプ電極の影となり、適切な光検出を行えなくなる。一方、電極が受光領域から遠い位置にあると、受光領域がバンプ電極の影になってしまうのを防ぐことができるものの、配線長が長くなることで配線抵抗が大きくなってしまう。この結果、応答特性の高速化を阻害してしまう。
【０００５】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、高速応答特性に優れ、光検出を適切に行うことが可能な半導体受光素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体受光素子は、半絶縁性基板上に、当該半絶縁性基板側から第１導電型の高濃度キャリア層、第１導電型の光吸収層及び第１導電型のキャップ層を積層し、少なくともキャップ層に第２導電型の受光領域が形成された半導体受光素子であって、高濃度キャリア層、光吸収層及び受光領域が形成されたキャップ層部分を含んでメサ状とされ、高濃度キャリア層に達する窪み部が形成された受光部と、高濃度キャリア層、光吸収層及びキャップ層を含んでメサ状とされ、第１パッド電極が配置された第１パッド電極配置部と、高濃度キャリア層、光吸収層及びキャップ層を含んでメサ状とされ、第２パッド電極が配置された第２パッド電極配置部と、を有し、受光領域と第１パッド電極とを電気的に接続する第１配線電極が、受光部と第１パッド電極配置部との間にわたって当該受光部及び当該第１パッド電極配置部の側面に沿うように形成され、受光部の高濃度キャリア層と第２パッド電極とを電気的に接続する第２配線電極が、受光部の窪み部と第２パッド電極配置部との間にわたって当該窪み部、当該受光部及び当該第２パッド電極配置部の側面に沿うように形成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る半導体受光素子では、受光部と第１パッド電極配置部と第２パッド電極配置部とが分離されているので、寄生容量をより一層低減することができる。また、受光部に高濃度キャリア層に達する窪み部を形成し、当該窪み部を通して受光部の高濃度キャリア層と第２パッド電極とを第２配線電極により電気的に接続することにより、受光部の高濃度キャリア層から電極が直接引き出されることとなり、直列抵抗を大幅に低減することができる。これらの結果、高速応答特性に優れた半導体受光素子を実現することができる。
【０００８】
また、本発明では、第１パッド電極配置部及び第２パッド電極配置部のそれぞれが高濃度キャリア層、光吸収層及びキャップ層を含んでいるので、第１パッド電極と第２パッド電極とを略同じ高さに配置することも容易となり、半導体受光素子の実装をバンプボンディングにて行うことが可能となる。
【０００９】
また、本発明においては、第１パッド電極配置部だけでなく、第２パッド電極配置部も受光部と分離されているので、受光部と第１パッド電極との間隔及び受光部と第２パッド電極との間隔が比較的広くなる。このため、半導体受光素子をバンプボンディングにて実装する場合でも、受光領域がバンプ電極の影に入るのを防ぐことができ、光検出を適切に行うことができる。また、上記特許文献１〜３に比して、受光部と第２パッド電極との間隔が広くなる分、配線長が長くなって直列抵抗が大きくなってしまう。しかしながら、上述したように受光部の高濃度キャリア層から電極が直接引き出されて直列抵抗が大幅に低減されていることから、配線長が長くなることによる直列抵抗の増加の影響は少ない。
【００１０】
また、窪み部は、受光領域を囲むように溝状に形成されていることが好ましい。この場合、受光部の高濃度キャリア層と第２配線電極との接続面積が大きくなり、直列抵抗をより一層低減することができる。
【００１１】
なお、窪み部が受光領域を囲むように溝状に形成されることにより、受光部は、受光領域を含んでメサ状とされた内側部分と、当該内側部分を囲むように位置する外側部分とを含んで構成されることとなる。窪み部の形成、及び、受光部と第１パッド電極配置部と第２パッド電極配置部との分離にエッチング（特に、ウエットエッチング）を用いる場合、外側部分に相当する領域にマスクを形成することとなり、エッチングによる窪み部の形成、及び、受光部と第１パッド電極配置部と第２パッド電極配置部との分離を適切に制御することができる。この結果、半導体受光素子を製造する際の歩留まりを高くすることができる。
【００１２】
また、第１パッド電極及び第２パッド電極に、バンプ電極が配置されることが好ましい。この場合、配線抵抗を増加させることなく、半導体受光素子を実装することができる。なお、第１パッド電極及び第２パッド電極にバンプ電極を配置したとしても、上述したように、受光領域がバンプ電極の影に入るのを防ぐことができ、光検出を適切に行うことができる。
【００１３】
また、キャップ層側が光入射面とされ、受光領域を覆うように反射防止膜が形成されていることが好ましい。この場合、いわゆる表面入射型の半導体受光素子を実現できる。また、受光領域に入射しようとする光の反射が防止されるので、光感度を向上することができる。
【００１４】
また、半絶縁性基板側が光入射面とされ、受光領域を覆うように光反射膜が形成されていることが好ましい。この場合、いわゆる裏面入射型の半導体受光素子を実現できる。また、光反射膜からの反射光も光吸収層に入射するので、光感度を向上することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高速応答特性に優れ、光検出を適切に行うことが可能な半導体受光素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施形態に係る半導体受光素子について図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る半導体受光素子を示す概略平面図である。図２は、図１におけるII−II線に沿った断面構成を説明するための模式図である。なお、図１においては、バンプ電極４１の図示を省略している。
【００１８】
半導体受光素子ＰＤ１は、半絶縁性基板１を備えている。半絶縁性基板１は、その厚みが３００〜５００μｍであり、Ｆｅがドープされた高抵抗ＩｎＰからなる。この半導体受光素子ＰＤ１は、半絶縁性ＩｎＰ基板を用いた、波長帯１．３μｍ、１．５μｍの光通信用受光素子である。
【００１９】
半導体受光素子ＰＤ１は、半絶縁性基板１上に、受光部１１、第１パッド電極配置部２１及び第２パッド電極配置部３１を有している。受光部１１、第１パッド電極配置部２１及び第２パッド電極配置部３１は、互いに分離された状態で配置されている。
【００２０】
受光部１１は、ｎ型（第一導電型）の高濃度キャリア層３ａ、ｎ型の光吸収層５ａ及びｎ型のキャップ層７ａを含んでメサ状（本実施形態においては、円錐台状）とされている。キャップ層７ａには、ｐ型（第２導電型）の受光領域９が形成されている。受光部１１の頂部、及び、受光領域９は、光入射方向から見て、円形状を呈している。
【００２１】
受光部１１の頂部には、光入射方向から見て受光領域９の外側に、窪み部１３が形成されている。窪み部１３は、高濃度キャリア層３ａに達し、受光領域９を囲むように溝状に形成されている。これにより、受光部１１は、受光領域９を含んでメサ状とされた内側部分１１ａと、当該内側部分１１ａを囲むように位置する外側部分１１ｂとを含んで構成されることとなる。窪み部１３は、光入射方向から見て、受光領域９の縁に沿い且つ受光部１１の頂部の一部（第１パッド電極配置部２１近傍部分）を残すようにＣの字状に形成されている。
【００２２】
受光領域９の表面（光入射面）側には、環状のコンタクト電極１５が配置されている。このコンタクト電極１５は、受光領域９と電気的に接続されている。コンタクト電極１５はＴｉ−Ｐｔ−Ａｕからなり、その厚みは１０００ｎｍ程度である。なお、コンタクト電極１５は、図２において、受光領域９（キャップ層７ａ）に埋め込まれるように配置されているが、これに限られることなく、受光領域９（キャップ層７ａ）の上に配置するようにしてもよい。
【００２３】
窪み部１３の底部には、コンタクト電極１７が配置されている。このコンタクト電極１７は、高濃度キャリア層３ａと電気的に接続されている。コンタクト電極１７はＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕの積層体からなり、その厚みは１０００ｎｍ程度である。コンタクト電極１７も、窪み部１３と同様に、光入射方向から見て、Ｃの字状に形成されることとなる。
【００２４】
受光部１１の表面側には、受光領域９を覆うようにパッシベーション膜１９が形成されている。本実施形態において、パッシベーション膜１９は反射防止膜として機能する。このため、パッシベーション膜１９の厚みは、パッシベーション膜１９の屈折率をｎとし、受光波長をλとすると、λ／４ｎに設定されている。例えば、波長帯１．３μｍ、１．５μｍの光通信用受光素子の場合、パッシベーション膜１９の厚みは、１２００〜２４００Åとなる。なお、パッシベーション膜１９とは別に反射防止膜を形成するように構成してもよい。
【００２５】
第１パッド電極配置部２１及び第２パッド電極配置部３１は、ｎ型の高濃度キャリア層３ｂ、ｎ型の光吸収層５ｂ及びｎ型のキャップ層７ｂを含んでメサ状（本実施形態においては、円錐台状）とされている。第１パッド電極配置部２１及び第２パッド電極配置部３１の頂部は、光入射方向から見て、円形状を呈している。
【００２６】
第１パッド電極配置部２１の頂部には、パッシベーション膜１９の上に第１パッド電極２３が配置されている。第２パッド電極配置部３１の頂部には、パッシベーション膜１９の上に第２パッド電極３３が配置されている。第１パッド電極２３及び第２パッド電極３３はＴｉ−Ｐｔ−Ａｕからなり、その厚みは１．５μｍ程度である。第１パッド電極２３及び第２パッド電極３３は、半絶縁性基板１からの高さが略同じとされ、光入射方向から見て円形状を呈している。第１パッド電極２３及び第２パッド電極３３のそれぞれには、図２に示されるように、バンプ電極４１が配置される。
【００２７】
高濃度キャリア層３ａ，３ｂはキャリア濃度が３×１０１８／ｃｍ３程度のＩｎＰからなり、その厚みは２μｍ程度である。光吸収層５ａ，５ｂは、キャリア濃度が７×１０１４／ｃｍ３程度のＩｎＧａＡｓからなり、その厚みは２．５μｍ程度である。キャップ層７ａ，７ｂは、キャリア濃度が８×１０１５／ｃｍ３程度のＩｎＰからなり、その厚みは１μｍ程度である。
【００２８】
受光領域９は、キャップ層７ａの所望の領域にＺｎを熱拡散させ、当該領域をｐ型に反転させたものであり、その深さは１．２μｍ程度である。受光領域９の径は、３０〜５０μｍφである。窪み部１３（溝）の幅は、５μｍ程度である。
【００２９】
コンタクト電極１５と第１パッド電極２３とは、第１配線電極４３により電気的に接続されている。第１配線電極４３は、受光部１１と第１パッド電極配置部２１との間にわたり、パッシベーション膜１９の上に配置されている。第１配線電極４３は、受光部１１における窪み部１３が形成されていない領域の上を通って、受光部１１の側面、受光部１１と第１パッド電極配置部２１との間における半絶縁性基板１の表面及び第１パッド電極配置部２１の側面に沿うように伸びている。第１配線電極４３はＴｉ−Ｐｔ−Ａｕからなり、その厚みは１．５μｍ程度である。第１配線電極４３における受光部１１上に位置する部分は、受光領域９を覆うことなくコンタクト電極１５上に位置し、環状とされている。
【００３０】
第１配線電極４３は、その一端がパッシベーション膜１９に形成されたコンタクトホール１９ａを通してコンタクト電極１５に接続され、その他端が第１パッド電極２３に接続される。これにより、受光領域９は、コンタクト電極１５及び第１配線電極４３を通して第１パッド電極２３（バンプ電極４１）に電気的に接続される。即ち、受光領域９側の電極の取り出しは、コンタクト電極１５、第１配線電極４３、第１パッド電極２３及びバンプ電極４１により実現される。
【００３１】
コンタクト電極１７と第２パッド電極３３とは、第２配線電極４５により電気的に接続されている。第２配線電極４５は、受光部１１の窪み部１３と第２パッド電極配置部３１との間にわたり、パッシベーション膜１９の上に配置されている。第２配線電極４５における受光部１１上に位置する部分は、第１配線電極４３と接触しないように、光入射方向から見てＣの字状に形成されている。第２配線電極４５は、窪み部１３を構成する側面、受光部１１の側面、受光部１１と第２パッド電極配置部３１との間における半絶縁性基板１の表面及び第２パッド電極配置部３１の側面に沿うように伸びている。第２配線電極４５はＴｉ−Ｐｔ−Ａｕからなり、その厚みは１．５μｍ程度である。
【００３２】
第２配線電極４５は、その一端がパッシベーション膜１９に形成されたコンタクトホール１９ａを通してコンタクト電極１７に接続され、その他端が第２パッド電極３３に接続される。これにより、高濃度キャリア層３ａは、コンタクト電極１７及び第２配線電極４５を通して第２パッド電極３３（バンプ電極４１）に電気的に接続される。即ち、高濃度キャリア層３ａ側の電極の取り出しは、コンタクト電極１７、第２配線電極４５、第２パッド電極３３及びバンプ電極４１により実現される。
【００３３】
次に、上述した構成の半導体受光素子ＰＤ１の製造方法について、図３〜図９を参照して説明する。図３〜図９は、第１実施形態に係る半導体受光素子の製造方法を説明するための説明図であり、半導体受光素子の縦断面構成を示している。
【００３４】
本製造方法では、以下の工程（１）〜（８）を順次実行する。
【００３５】
工程（１）
まず、厚みが３００〜５００μｍの半絶縁性基板１を用意する。半絶縁性基板１の一方の主面（表面）側に、ハイドライド気相成長法、クロライド成長法、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）又は分子線成長法（ＭＢＥ法）等により、ｎ型の高濃度キャリア層３、ｎ型の光吸収層５及びｎ型のキャップ層７を順次成長させて、積層する（図３参照）。高濃度キャリア層３はキャリア濃度が３×１０１８／ｃｍ３程度のＩｎＰからなり、その厚みは２μｍ程度である。光吸収層５は、キャリア濃度が７×１０１４／ｃｍ３程度のＩｎＧａＡｓからなり、その厚みは２．５μｍ程度である。キャップ層７は、キャリア濃度が８×１０１５／ｃｍ３程度のＩｎＰからなり、その厚みは１μｍ程度である。
【００３６】
工程（２）
次に、キャップ層７上に、ＳｉＯ２又はＳｉＮＸからなる膜５１を形成する。そして、受光領域９を形成する予定位置に存在する膜５１をパターニングする（図４参照）。膜５１は、後工程にて受光領域９を形成するためのマスクとして利用する。
【００３７】
工程（３）
次に、キャップ層７上にパターン化された膜５１をマスクとして、不純物（例えば、Ｚｎ等）を熱拡散させ、キャップ層７の一部をｐ型に反転させる。これにより、受光領域９が形成されることとなる（図４参照）。そして、膜５１をバッファドフッ酸（ＢＨＦ）により除去する。
【００３８】
工程（４）
次に、キャップ層７上に、窪み部１３を形成する予定位置に開口を有するレジスト膜５３を形成する。レジスト膜５３の形成は、フォトリソグラフィ法を用いることができる。そして、レジスト膜５３をマスクとして、Ｂｒ２とメタノールとの混合液により高濃度キャリア層３が露出するまでエッチング（ウエットエッチング）する。これにより、窪み部１３が形成されることとなる（図５参照）。続いて、レジスト膜５３を除去（リフトオフ）する。
【００３９】
工程（５）
次に、キャップ層７上に、所望の位置に開口を有するレジスト膜５５を形成する。レジスト膜５５の形成は、フォトリソグラフィ法を用いることができる。そして、レジスト膜５５をマスクとして、Ｂｒとメタノールとの混合液により半絶縁性基板１が露出するまでエッチング（ウエットエッチング）し、窪み部を形成する。これにより、受光部１１、第１パッド電極配置部２１及び第２パッド電極配置部３１が互いに電気的に分離されてメサ状に形成される（図６参照）。すなわち、受光部１１が高濃度キャリア層３ａ、光吸収層５ａ及びキャップ層７ａを含み、第１パッド電極配置部２１及び第２パッド電極配置部３１が高濃度キャリア層３ｂ、光吸収層５ｂ及びキャップ層７ｂを含むこととなる。このとき、外側部分１１ｂに対応する位置にレジスト膜５５を存在させておくことにより、深さ方向だけでなく横方向へのエッチングの進行を適切に制御することができ、窪み部１３の形成、及び、受光部１１と第１パッド電極配置部２１と第２パッド電極配置部３１との分離を適切に行うことができる。この結果、半導体受光素子ＰＤ１を製造する際の歩留まりを高くすることができる。続いて、レジスト膜５５を除去する。
【００４０】
工程（６）
次に、窪み部１３に対応する位置に開口を有するレジスト膜（図示せず）を形成する。そして、このレジスト膜をマスクとして、窪み部１３が形成されることにより露出した高濃度キャリア層３（３ａ）上に、蒸着とリフトオフ法とによりＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるコンタクト電極１７を形成する（図７参照）。また、コンタクト電極１５を形成する予定位置に開口を有するようにレジスト膜を再度形成し直し、当該レジスト膜をマスクとして、受光領域９に蒸着とリフトオフ法とによりＴｉ−Ｐｔ−Ａｕからなるコンタクト電極１５を形成する（同じく図７参照）。続いて、上記レジスト膜を除去する。なお、コンタクト電極１５は、図７において、受光領域９（キャップ層７ａ）に埋め込まれるように形成しているが、これに限られることなく、受光領域９（キャップ層７ａ）の表面上に形成するようにしてもよい。
【００４１】
工程（７）
次に、プラズマ化学気相蒸着（Plasma Chemical Vapor Deposition：ＰＣＶＤ）法により、表面にＳｉＮＸからなるパッシベーション膜１９を形成する。そして、コンタクト電極１５，１７に対応する位置に開口を有するレジスト膜（図示せず）を形成し、当該レジスト膜をマスクとして、パッシベーション膜１９にコンタクトホール１９ａを形成する（図８参照）。続いて、上記レジスト膜を除去する。
【００４２】
工程（８）
次に、第１パッド電極２３、第２パッド電極３３、第１配線電極４３及び第２配線電極４５に対応する位置に開口を有するレジスト膜（図示せず）を形成する。そして、このレジスト膜をマスクとして、リフトオフ法により、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕからなる第１パッド電極２３、第２パッド電極３３、第１配線電極４３及び第２配線電極４５を形成する（図９参照）。ここで、第１パッド電極２３と第１配線電極４３とは一体に形成されることとなり、第２パッド電極３３と第２配線電極４５とは一体に形成されることとなる。続いて、上記レジスト膜を除去する。その後、Ｈ２雰囲気にてシンターし、第１パッド電極２３及び第２パッド電極３３のコンタクトを良くする。
【００４３】
これらの工程（１）〜（８）により、図１及び図２に示された構成の半導体受光素子ＰＤ１が完成する。
【００４４】
なお、バンプ電極４１は、半田ボール搭載法や印刷法で第１パッド電極２３及び第２パッド電極３３に半田を形成し、リフロすることによって得ることができる。また、バンプ電極４１は半田に限られるものではなく、金バンプ、ニッケルバンプ、銅バンプでもよく、導電性フィラー等の金属を含む導電性樹脂バンプでもよい。
【００４５】
以上のように、本第１実施形態においては、受光部１１と第１パッド電極配置部２１と第２パッド電極配置部３１とが分離されているので、寄生容量をより一層低減することができる。また、受光部１１に高濃度キャリア層３ａに達する窪み部１３を形成し、当該窪み部１３を通して高濃度キャリア層３ａと第２パッド電極３３とを第２配線電極４５により電気的に接続することにより、受光部１１の高濃度キャリア層３ａから電極が直接引き出されることとなり、直列抵抗を大幅に低減することができる。これらの結果、高速応答特性に優れた半導体受光素子ＰＤ１を実現することができる。
【００４６】
ところで、受光領域９の径（面積）を大きくすると、素子容量も大きくなり、高周波信号の伝達障害の度合いを示すＣＲ積が大きくなってしまう。しかしながら、本実施形態によれば、上述したように直列抵抗が大幅に低減されるので、ＣＲ積が小さくなる。このため、ＣＲ積を同程度に維持する、すなわち高速応答特性を同程度に維持するのであれば、本実施形態を採用することで、受光領域９の面積を大きくすることができる。
【００４７】
また、本第１実施形態においては、第１パッド電極配置部２１及び第２パッド電極配置部３１のそれぞれが高濃度キャリア層３ｂ、光吸収層５ｂ及びキャップ層７ｂを含んでいるので、第１パッド電極２３と第２パッド電極３３とを同じ高さに配置することも容易となり、半導体受光素子ＰＤ１の実装をバンプボンディングにて行うことが可能となる。
【００４８】
また、本第１実施形態においては、第１パッド電極配置部２１だけでなく、第２パッド電極配置部３１も受光部１１と分離されているので、受光部１１（受光領域９）と第１パッド電極２３との間隔及び受光部１１（受光領域９）と第２パッド電極３３との間隔が比較的広くなる。このため、半導体受光素子ＰＤ１をバンプボンディングにて実装する場合でも、受光領域９がバンプ電極４１の影に入るのを防ぐことができ、光検出を適切に行うことができる。また、上記特許文献１〜３に比して、受光部１１と第２パッド電極２３との間隔が広くなる分、配線長が長くなって直列抵抗が大きくなってしまう。しかしながら、上述したように高濃度キャリア層３ａから電極が直接引き出されて直列抵抗が大幅に低減されていることから、配線長が長くなることによる直列抵抗の増加の影響は少ない。
【００４９】
また、本第１実施形態においては、窪み部１３は、受光領域９を囲むように溝状に形成されている。これにより、受光部１１の高濃度キャリア層３ａと第２配線電極４５（コンタクト電極１７）との接続面積が大きくなり、直列抵抗をより一層低減することができる。
【００５０】
また、本第１実施形態においては、第１パッド電極２３及び第２パッド電極３３に、バンプ電極４１が配置される。これにより、配線抵抗を増加させることなく、半導体受光素子ＰＤ１を実装することができる。なお、第１パッド電極２３及び第２パッド電極３３にバンプ電極４１を配置したとしても、上述したように、受光領域９がバンプ電極４１の影に入るのを防ぐことができるため、光検出を適切に行うことができる。
【００５１】
また、本第１実施形態においては、キャップ層７ａ側が光入射面とされ、受光領域９を覆うように反射防止膜としてのパッシベーション膜１９が形成されている。これにより、いわゆる表面入射型の半導体受光素子を実現できる。また、受光領域９に入射しようとする光の反射が防止されるので、光感度を向上することができる。
【００５２】
（第２実施形態）
図１０は、第２実施形態に係る半導体受光素子を示す概略平面図である。図１１は、図１０におけるXI−XI線に沿った断面構成を説明するための模式図である。なお、図１０においては、バンプ電極４１の図示を省略している。
【００５３】
半導体受光素子ＰＤ２は、半絶縁性基板１を備えている。半絶縁性基板１は、その厚みが５０〜１００μｍであり、Ｆｅがドープされた高抵抗ＩｎＰからなる。この半導体受光素子ＰＤ２は、半導体受光素子ＰＤ１と同様に、半絶縁性ＩｎＰ基板を用いた、波長帯１．３μｍ、１．５μｍの光通信用受光素子である。
【００５４】
半導体受光素子ＰＤ２は、半絶縁性基板１上に、受光部１１、第１パッド電極配置部２１及び第２パッド電極配置部３１を有している。受光部１１、第１パッド電極配置部２１及び第２パッド電極配置部３１は、互いに分離された状態で配置されている。
【００５５】
半絶縁性基板１における受光部１１、第１パッド電極配置部２１及び第２パッド電極配置部３１が配置された側とは反対側の面（光入射面）には、光反射防止膜６１が形成されている。光反射防止膜６１は、例えばＳｉＮＸからなる。光反射防止膜６１の厚みは、第１実施形態におけるパッシベーション膜１９と同様に、光反射防止膜６１の屈折率をｎとし、受光波長をλとすると、λ／４ｎに設定されている。例えば、波長帯１．３μｍ、１．５μｍの光通信用受光素子の場合、光反射防止膜６１の厚みは、１２００〜２４００Åとなる。
【００５６】
第１配線電極４３における受光部１１上に位置する部分は、受光領域９を覆うように当該受光領域９上に位置し、円形状を呈している。本実施形態において、第１配線電極４３における受光部１１上に位置する部分は、光反射膜として機能する。なお、第１配線電極４３とは別に光反射膜を形成するように構成してもよい。
【００５７】
次に、上述した構成の半導体受光素子ＰＤ２の製造方法について、図１２及び図１３を参照して説明する。図１２及び図１３は、第２実施形態に係る半導体受光素子の製造方法を説明するための説明図であり、半導体受光素子の縦断面構成を示している。
【００５８】
本製造方法では、以下の工程（１）〜（９）を順次実行する。但し、工程（１）〜（７）については、上述の第１実施形態における工程（１）〜（７）と同じであり、説明を省略する。
【００５９】
工程（８）
次に、第１パッド電極２３、第２パッド電極３３、第１配線電極４３及び第２配線電極４５に対応する位置に開口を有するレジスト膜（図示せず）を形成する。そして、このレジスト膜をマスクとして、リフトオフ法により、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕからなる第１パッド電極２３、第２パッド電極３３、第１配線電極４３及び第２配線電極４５を形成する（図１２参照）。このとき、第１配線電極４３は受光領域９を覆うように形成される。ここで、第１パッド電極２３と第１配線電極４３とは一体に形成されることとなり、第２パッド電極３３と第２配線電極４５とは一体に形成されることとなる。続いて、上記レジスト膜を除去する。その後、Ｈ２雰囲気にてシンターする。
【００６０】
工程（９）
次に、半絶縁性基板１を、当該半絶縁性基板１の厚みが５０〜１００μｍとなるように他方の主面（裏面）側から研磨する。そして、プラズマ化学気相蒸着（plasma chemical vapor deposition：ＰＣＶＤ）法により、研磨面にＳｉＮＸからなる光反射防止膜６１を形成する（図１３参照）。
【００６１】
これらの工程（１）〜（９）により、図１０及び図１１に示された構成の半導体受光素子ＰＤ２が完成する。
【００６２】
以上のように、本第２実施形態においては、上述した第１実施形態と同じく、光検出を適切に行うことができると共に、高速応答特性に優れた半導体受光素子ＰＤ２を実現することができる。
【００６３】
また、本第２実施形態においては、半絶縁性基板１側が光入射面とされている。これにより、いわゆる裏面入射型の半導体受光素子を実現できる。
【００６４】
ところで、半絶縁性基板１の厚みは、半絶縁性基板１側からの光の入射を考慮すると、可能な限り薄くしたい。しかしながら、化合物半導体材料は、シリコン（Ｓｉ）半導体材料に比べ、一般的に脆く、バンプ電極４１による組立（実装）工程を想定すると、半絶縁性基板１を極端には薄くすることはできない。このため、半絶縁性基板１にて入射した光が半絶縁性基板１にて吸収され、光感度が低下することが考えられる。そこで、本第２実施形態においては、受光領域９を覆うように第１配線電極４３（光反射膜）が形成されているので、第１配線電極４３にて反射された光も光吸収層５ａに入射することとなる。これにより、半絶縁性基板１による光吸収分を第１配線電極４３からの光反射分にて補うことができ、光感度が低下するのを抑制することができる。
【００６５】
次に、本実施形態の変形例として、図１４〜図１７に基づいて、受光部１１が複数並設された半導体受光素子アレイＰＤ３〜ＰＤ６について説明する。半導体受光素子アレイＰＤ３，ＰＤ５は、いわゆる表面入射型の半導体受光素子アレイである。また。半導体受光素子アレイＰＤ４，ＰＤ６は、いわゆる裏面入射型の半導体受光素子アレイである。
【００６６】
半導体受光素子アレイＰＤ３，ＰＤ４は、図１４及び図１５にそれぞれ示されるように、複数の受光部１１、複数の第１パッド電極配置部２１及び複数の第２パッド電極配置部３１がそれぞれ１次元状に配列されている。
【００６７】
半導体受光素子アレイＰＤ５，ＰＤ６は、図１６及び図１７にそれぞれ示されるように、複数の受光部１１及び複数の第１パッド電極配置部２１がそれぞれ２次元方向に配列されている。半導体受光素子アレイＰＤ５，ＰＤ６においては、第２パッド電極配置部３１（第２パッド電極３３）は各受光部１１に対して共通化されており、一体に形成されている。なお、第１パッド電極配置部２１を各受光部１１に対して共通化し、一体に形成するように構成してもよい。
【００６８】
続いて、図１８〜図２３に基づいて、本実施形態の更なる変形例を説明する。
【００６９】
図１８に示された半導体受光素子ＰＤ７は、第２配線電極４５の形状に関して、上述した半導体受光素子ＰＤ１と相違する。図１９に示された半導体受光素子ＰＤ８は、第２配線電極４５の形状に関して、上述した半導体受光素子ＰＤ２と相違する。図２０に示された半導体受光素子アレイＰＤ９は、第２配線電極４５の形状に関して、上述した半導体受光素子アレイＰＤ３と相違する。図２１に示された半導体受光素子アレイＰＤ１０は、第２配線電極４５の形状に関して、上述した半導体受光素子アレイＰＤ４と相違する。図２２に示された半導体受光素子アレイＰＤ１１は、第２配線電極４５の形状に関して、上述した半導体受光素子アレイＰＤ５と相違する。図２３に示された半導体受光素子アレイＰＤ１２は、第２配線電極４５の形状に関して、上述した半導体受光素子ＰＤアレイ６と相違する。半導体受光素子アレイＰＤ９〜ＰＤ１２では、第２配線電極４５は各第２パッド電極配置部３１に対して共通化され、一体に形成されている。
【００７０】
半導体受光素子ＰＤ７，ＰＤ８及び半導体受光素子アレイＰＤ９〜ＰＤ１２においては、図１８〜図２３に示されるように、第２配線電極４５の面積が大幅に拡大されている。この場合、特に高周波信号を取り扱うにあたり、電源電圧の変動やアース電位の変動等を小さくでき、不必要なノイズの発生を抑制することができる。なお、第１配線電極４３の面積を大幅に拡大して形成するように構成してもよい。
【００７１】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、半絶縁性基板１、高濃度キャリア層３（３ａ，３ｂ）、光吸収層５（５ａ，５ｂ）、キャップ層７（７ａ，７ｂ）、及び、各電極１５，１７，２３，３３，４３，４５の厚み、用いる材料等は、上述したものに限られない。
【００７２】
また、窪み部１３の形状は、上述した受光領域を囲むような溝状に限るものではなく、高濃度キャリア層３ａに達する深さを有するものであれば、どのような形状に形成してもよい。また、本実施形態においては、第１パッド電極２３と第１配線電極４３とを一体に成形し、第２パッド電極３３と第２配線電極４５とを一体に成形しているが、これに限られることなく、それぞれ別体に形成するようにしてもよい。
【００７３】
また、本実施形態に係る半導体受光素子の製造方法では、窪み部１３を形成した後に、受光部１１、第１パッド電極配置部２１及び第２パッド電極配置部３１を分離しているが、受光部１１、第１パッド電極配置部２１及び第２パッド電極配置部３１を分離した後に、窪み部１３を形成するようにしてもよい。
【００７４】
また、上述した実施形態は、本発明を波長帯１．３μｍ、１．５μｍの光通信用受光素子に適用しているが、これに限られることなく、その他の波長帯、例えば近距離光通信用に用いられている波長帯８５０ｎｍの光通信用受光素子にも適用することができる。半絶縁性基板１を半絶縁性ＧａＡｓ基板とし、高濃度キャリア層３（３ａ，３ｂ）をｎ型のＡｌＧａＡｓ層とし、光吸収層５（５ａ，５ｂ）をｎ型のＧａＡｓ層とし、キャップ層７（７ａ，７ｂ）をｎ型のＡｌＧａＡｓ層とすることにより、波長帯８５０ｎｍの光通信用受光素子が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】第１実施形態に係る半導体受光素子を示す概略平面図である。
【図２】図１におけるII−II線に沿った断面構成を説明するための模式図である。
【図３】第１実施形態に係る半導体受光素子の製造工程を説明する断面図である。
【図４】第１実施形態に係る半導体受光素子の製造工程を説明する断面図である。
【図５】第１実施形態に係る半導体受光素子の製造工程を説明する断面図である。
【図６】第１実施形態に係る半導体受光素子の製造工程を説明する断面図である。
【図７】第１実施形態に係る半導体受光素子の製造工程を説明する断面図である。
【図８】第１実施形態に係る半導体受光素子の製造工程を説明する断面図である。
【図９】第１実施形態に係る半導体受光素子の製造工程を説明する断面図である。
【図１０】第２実施形態に係る半導体受光素子を示す概略平面図である。
【図１１】図１０におけるXI−XI線に沿った断面構成を説明するための模式図である。
【図１２】第２実施形態に係る半導体受光素子の製造工程を説明する断面図である。
【図１３】第２実施形態に係る半導体受光素子の製造工程を説明する断面図である。
【図１４】本実施形態に係る半導体受光素子アレイを示す概略平面図である。
【図１５】本実施形態に係る半導体受光素子アレイを示す概略平面図である。
【図１６】本実施形態に係る半導体受光素子アレイを示す概略平面図である。
【図１７】本実施形態に係る半導体受光素子アレイを示す概略平面図である。
【図１８】本実施形態に係る半導体受光素子を示す概略平面図である。
【図１９】本実施形態に係る半導体受光素子を示す概略平面図である。
【図２０】本実施形態に係る半導体受光素子アレイを示す概略平面図である。
【図２１】本実施形態に係る半導体受光素子アレイを示す概略平面図である。
【図２２】本実施形態に係る半導体受光素子アレイを示す概略平面図である。
【図２３】本実施形態に係る半導体受光素子アレイを示す概略平面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１…半絶縁性基板、３，３ａ，３ｂ…高濃度キャリア層、５，５ａ，５ｂ…光吸収層、７，７ａ，７ｂ…キャップ層、９…受光領域、１１…受光部、１３…窪み部、１５，１７…コンタクト電極、１９…パッシベーション膜、２１…第１パッド電極配置部、２３…第１パッド電極、３１…第２パッド電極配置部、３３…第２パッド電極、４１…バンプ電極、４３…第１配線電極、４５…第２配線電極、ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ７，ＰＤ８…半導体受光素子、ＰＤ３〜ＰＤ６，ＰＤ９〜ＰＤ１２…半導体受光素子アレイ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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